Moduł masy jest a stały opisuje, jak odporna jest substancja na ściskanie. Jest zdefiniowany jako stosunek pomiędzy nacisk wzrost i wynikający z tego spadek materiału Tom. Razem z Moduł Younga, moduł ścinania, i Prawo Hooke'a, moduł objętościowy opisuje reakcję materiału na naprężenie lub odcedzić.
Zwykle moduł objętości jest oznaczony przez K. lub b w równaniach i tabelach. Chociaż dotyczy równomiernego ściskania dowolnej substancji, najczęściej służy do opisu zachowania się płynów. Może służyć do przewidywania kompresji, obliczyć gęstośći pośrednio wskaż rodzaje wiązania chemicznego w obrębie substancji. Moduł objętościowy jest uważany za deskryptor właściwości sprężystych, ponieważ ściśnięty materiał powraca do swojej pierwotnej objętości po uwolnieniu ciśnienia.
Jednostkami modułu objętościowego są Paskale (Pa) lub niutony na metr kwadratowy (N / m2) w systemie metrycznym lub funty na cal kwadratowy (PSI) w systemie angielskim.
Tabela wartości płynnego modułu objętościowego (K)
Istnieją wartości modułu objętościowego dla ciał stałych (np. 160 GPa dla stali; 443 GPa dla diamentu; 50 MPa dla helu stałego) i gazów (np. 101 kPa dla powietrza o stałej temperaturze), ale w najpopularniejszych tabelach podano wartości dla cieczy. Oto reprezentatywne wartości, zarówno w języku angielskim, jak i jednostkach metrycznych:
| Angielski Jednostki (105 PSI) |
Jednostki SI (109 Rocznie) |
|
|---|---|---|
| Aceton | 1.34 | 0.92 |
| Benzen | 1.5 | 1.05 |
| Tetrachlorek węgla | 1.91 | 1.32 |
| Alkohol etylowy | 1.54 | 1.06 |
| Benzyna | 1.9 | 1.3 |
| gliceryna | 6.31 | 4.35 |
| Olej mineralny ISO 32 | 2.6 | 1.8 |
| Nafta oczyszczona | 1.9 | 1.3 |
| Rtęć | 41.4 | 28.5 |
| Olej parafinowy | 2.41 | 1.66 |
| Benzyna | 1.55 - 2.16 | 1.07 - 1.49 |
| Ester fosforanowy | 4.4 | 3 |
| Olej SAE 30 | 2.2 | 1.5 |
| Woda morska | 3.39 | 2.34 |
| Kwas Siarkowy | 4.3 | 3.0 |
| woda | 3.12 | 2.15 |
| Woda - glikol | 5 | 3.4 |
| Emulsja woda - olej | 3.3 | 2.3 |
The K. wartość zmienia się w zależności od stan materii próbki, aw niektórych przypadkach na temperatura. W cieczach ilość rozpuszczonego gazu ma duży wpływ na wartość. Wysoka wartość K. oznacza, że materiał jest odporny na ściskanie, podczas gdy niska wartość wskazuje, że objętość znacznie zmniejsza się pod jednolitym ciśnieniem. Odwrotnością modułu objętościowego jest ściśliwość, więc substancja o niskim module objętościowym ma wysoką ściśliwość.
Po przejrzeniu tabeli możesz zobaczyć ciekła rtęć jest bardzo prawie nieściśliwy. Odzwierciedla to duży promień atomowy atomów rtęci w porównaniu z atomami w związkach organicznych, a także upakowanie atomów. Z powodu wiązania wodorowego woda jest odporna na ściskanie.
Masowe formuły modułowe
Moduł objętościowy materiału można zmierzyć za pomocą dyfrakcji proszkowej, przy użyciu promieni rentgenowskich, neutronów lub elektronów celujących w sproszkowaną lub mikrokrystaliczną próbkę. Można to obliczyć za pomocą wzoru:
Moduł masy (K.) = Naprężenie objętościowe / odkształcenie objętościowe
Jest to to samo, co stwierdzenie, że równa się zmianie ciśnienia podzielonej przez zmianę objętości podzielonej przez objętość początkową:
Moduł masy (K.) = (p1 - p0) / [(V1 - V0) / V0]
Tutaj p0 i V0 oznaczają odpowiednio ciśnienie początkowe i objętość oraz p1 a V1 to ciśnienie i objętość zmierzone podczas kompresji.
Elastyczność modułu objętościowego można również wyrazić jako ciśnienie i gęstość:
K = (p1 - p0) / [(ρ1 - ρ0) / ρ0]
Tutaj, ρ0 i ρ1 są wartościami początkowej i końcowej gęstości.
Przykładowe obliczenia
Moduł objętościowy można wykorzystać do obliczenia ciśnienia hydrostatycznego i gęstości cieczy. Rozważmy na przykład wodę morską w najgłębszym punkcie oceanu, w okopie Mariana. Podstawa wykopu znajduje się 10994 m poniżej poziomu morza.
Ciśnienie hydrostatyczne w wykopie Mariana można obliczyć jako:
p1 = ρ * g * h
Gdzie p1 to ciśnienie, ρ to gęstość wody morskiej na poziomie morza, g to przyspieszenie grawitacyjne, a h to wysokość (lub głębokość) słupa wody.
p1 = (1022 kg / m3) (9,81 m / s2) (10994 m)
p1 = 110 x 106 Pa lub 110 MPa
Znajomość ciśnienia na poziomie morza wynosi 105 Pa, gęstość wody na dnie wykopu można obliczyć:
ρ1 = [(p1 - p) ρ + K * ρ) / K
ρ1 = [[(110 x 106 Pa) - (1 x 105 Pa)] (1022 kg / m3)] + (2,34 x 109 Pa) (1022 kg / m3) / (2,34 x 109 Rocznie)
ρ1 = 1070 kg / m3
Co z tego widzisz? Pomimo ogromnego nacisku na wodę na dnie rowu Mariana, nie jest bardzo mocno ściśnięty!
Źródła
- De Jong, Maarten; Chen, Wei (2015). „Wykreślenie pełnej elastyczności właściwości nieorganicznych związków krystalicznych”. Dane naukowe. 2: 150009. doi: 10.1038 / sdata.2015.9
- Gilman, J.J. (1969). Mikromechanika przepływu w ciałach stałych. Nowy Jork: McGraw-Hill.
- Kittel, Charles (2005). Wprowadzenie do fizyki ciała stałego (8 edycja). ISBN 0-471-41526-X.
- Thomas, Courtney H. (2013). Mechaniczne zachowanie materiałów (2. edycja). New Delhi: McGraw Hill Education (Indie). ISBN 1259027511.